KR101075921B1 - 수지 피복 강판의 저항 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 문서는 수지계 물질이 피복된 강판을 용접하되, 전원부에서 수지 피복 강판에 접촉하여 가압하게 되는 전극부로 전원을 공급하되, 일정 시간 동안 본전류보다 낮은 전류를 통전시키고 상기 일정 시간이 지난 후에 상기 본전류를 통전시키도록 전원을 공급하는 저항 용접 장치를 개시한다. 이로써 전극과 수지표면 사이의 스파크 발생을 방지하여 용접 품질을 높이게 되는 효과가 있다.

저항 용접, 스폿 용접, 수지 피복 강판

Description

수지 피복 강판의 저항 용접 장치{A RESISTANCE WELDING APPARUTUS FOR WELDING A RESIN COVERED STEEL PLATE}

본 문서는 강판의 저항 용접 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 수지계 물질이 피복된 강판을 용접하기 위한 저항 용접 장치에 관한 것이다.

저항 용접은 용접 모재에 큰 전류를 흘려서, 접합부의 접촉저항에 의한 발열로 용접모재를 가열하여 용융상태로 만들고 기계적 압력을 가해서 용접하는 방법이다. 저항 용접법의 하나인 스폿 용접에 따르면 겹침 겹쳐 놓은 모재의 앞쪽 끝을 적당하게 성형한 전극으로 누르고, 여기에 전류를 통하면 접촉면의 전기저항이 크므로 발열하게 된다. 접촉면의 저항은 곧 소멸하게 되나, 이 발열에 의하여 재료의 온도가 상승하여 모재 자체의 저항이 커져서 온도는 더욱 상승한다. 여기에 강한 압력을 가하여 용접을 하는 것이 스폿 용접이다.

도 1은 종래의 저항 용접 장치를 이용하여 수지 피복 강판을 용접할 때 스파크 발생 현상을 나타내는 개략도이다.

가전이나 자동차용 수지 피복 강판의 스폿 용접시 비전도성 수지가 도포된 경우 도 1에 도시된 바와 같이 전극과 수지표면 사이에서 스파크(1) 형태의 스패터 가 발생하는 경우가 많은데, 이 경우 표면에 검은 탄흔이 잔존하여 표면품질에 영향을 준다. 또한 전극의 오염을 가속화 시켜서 연속 용접성을 저하시키는 요인이 된다.

이러한 현상은 수지층이 비전도성이므로 전극으로부터 용접 전류가 소지철에 전달되지 않으면서 수지층 국부에서 전류가 집중되면서 스파크(1)가 발생하기 때문이다. 전극 가압력에 의해 수지층이 밀려나면서 높은 저항체로 바뀌면서 전류가 통과된다. 이때, 저항이 높기 때문에 높은 전류를 흘리면 전극과 수지층에서 큰 발열이 발생하여 스파크(1)가 발생하게 된다. 그렇다고, 낮은 전류를 흘리게 되면 판재간 용융이 충분히 일어나지 않기 때문에 용접품질이 확보되지 않을 가능성이 높다.

본 문서는 수지계 물질이 피복된 강판을 용접하기 위한 저항 용접 장치를 제공함을 해결 과제로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 일 수단으로서의 수지 피복 강판을 용접하기 위한 저항 용접 장치는, 수지 피복 강판에 접촉하여 가압하게 되는 전극부 및 상기 전극부로 전원을 공급하되, 일정 시간 동안 본전류보다 낮은 전류를 통전시키고 상기 일정 시간이 지난 후에 상기 본전류를 통전시키도록 전원을 공급하는 전원부를 포함한다.

상기 낮은 전류는 상기 본 전류의 50~70%일 수 있고, 상기 전극부는, 상기 수지 피복 강판의 상부에 접촉하게 되는 상부 전극과 상기 수지 피복 강판의 하부에 접촉하게 되는 하부 전극으로 이루어질 수 있다.

상기 수지 피복 강판에 피복된 수지는 비전도성이고, 상기 수지 피복 강판의 수지층은 20~30㎛일 수 있다.

상기 낮은 전류가 통전되는 동안 융점이 낮은 수지층이 용융되면서 가압되고 있는 상기 전극부에 의해 용융된 액상의 수지층이 상기 전극부의 선단면 외곽으로 밀려도록 구성될 수 있다.

상기 본전류를 통전되면 상기 전극부와 상기 수지층 사이의 발열은 감소하고 강판 사이의 용융을 유도하여 강판 용접이 이루어도록 구성될 수 있다.

상기 수지 피복 강판에 상기 전극부로 가압한 상태에서 본전류를 통전시켜주면 주울 발열에 의해 강판의 계면에서 용융되어 너겟이 형성되면서 강판 용접이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면 수지계 물질이 피복된 강판을 저항 용접 장치로 용접하더라도 전극과 수지 표면 사이에 발생하는 스파크 발생을 차단하여 용접 품질을 높이는 효과가 있다.

또한, 이로써 이 스파크 발생으로 인해 전극의 오염이 가속화되는 것을 방지하여 전극의 수명을 연장시키고, 연속 용접성을 높이는 효과가 있다.

이하 도면을 참조하여 수지계 물질이 피복된 강판을 용접하기 위한 저항 용접 장치에 관한 본 발명의 실시예들을 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 용접 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 용접 장치에 따른 동작을 나타내는 흐름도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 용접 장치의 시간에 따른 동작 특성을 나타내는 그래프이다.

본 실시예에 따른 수지 피복 강판을 용접하기 위한 저항 용접 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이 수지 피복 강판(10, 11)에 접촉하여 가압하게 되는 전극부(12, 13) 및 전극부(12, 13)로 전원을 공급하되, 일정 시간 동안 본전류보다 낮은 전류를 통전시키고 상기 일정 시간이 지난 후에 상기 본전류를 통전시키도록 전 원을 공급하는 전원부(14)를 포함한다.

저항 용접은 용접 모재에 큰 전류를 흘려서, 접합부의 접촉저항에 의한 발열로 용접모재를 가열하여 용융상태로 만들고 기계적 압력을 가해서 용접하는 방법이다. 저항 용접법의 하나인 스폿 용접에 따르면 겹침 겹쳐 놓은 모재의 앞쪽 끝을 적당하게 성형한 전극으로 누르고, 여기에 전류를 통하면 접촉면의 전기저항이 크므로 발열하게 된다. 접촉면의 저항은 곧 소멸하게 되나, 이 발열에 의하여 재료의 온도가 상승하여 모재 자체의 저항이 커져서 온도는 더욱 상승한다. 여기에 강한 압력을 가하여 용접을 한다.

본 실시예에 따른 전극부는, 상부 수지 피복 강판(10)에 접촉하게 되는 상부 전극(12)과 하부 수지 피복 강판(11)에 접촉하게 되는 하부 전극(13)으로 이루어진다. 전극은 구리 혹은 구리합금제로, 그 재질은 전기와 열전도가 좋고 연속 사용하더라도 내구성이 있으며 고온에서도 기계적인 성질이 유지되는 것이 바람직하다. 구리합금제의 예로써 구리카드뮴합금, 구리텅스텐합금 등을 들 수 있다.

그리고, 본 실시예에 따르면 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 단계 S300에서 본 실시예에 따른 저항 용접 장치의 상부 전극과 하부 전극 사이에 적어도 두개의 수지 피복 강판이 삽입된다. 그리고, 단계 S310에서 전극 사이의 간격을 좁히면서 전극이 수지 피복 강판을 누르는 힘을 임계치까지 증가시킨다.

그러면 전원부에서 단계 S320에서 일정 시간 동안 본전류보다 낮은 전류를 통전시켜 예열과정을 거친다. 수지 피복 강판에 전극으로 압력을 가하기 때문에 전극 가압력에 의해 수지층이 밀려나면서 높은 저항체로 바뀌면서 전류가 통과된다. 그리고, 단계 S330에서 일정 시간이 지난 후에 상기 본전류를 통전시키도록 전원을 공급하여 수지 피복 강판의 용접을 수행한다.

이때 본 실시예에 따라 강판을 용접할 수 있는 본 전류를 통전시키기 이전에 이보다 낮은 전류로 통전시키는 예열과정을 거치는데 이 낮은 전류는 수지피복이 녹을 수 있을 정도보다는 높고, 스파크가 발생할 정도보다는 낮도록 예를 들어, 본 전류의 50~70% 정도가 될 수 있다. 그리고, 만약 강판에 피복되는 수지층이 충분히 두꺼우면 전류가 전혀 흐르지 않기 때문에 용접이 이루어지지 않는다. 따라서 강판에 피복되는 수지층은 통상 20~30㎛로 얇게 형성된다.

다시 말해서, 도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 저항 용접 장치에 따르면 전극이 누르는 힘은 설정된 임계값에 도달하기까지 증가시키다가 이 임계값에 도달하면 일정하게 유지시킨다.

그리고, 전원부(14)에서는 전극이 누르는 힘이 증가하는 구간에는 전류를 흘려보내지 않는다. 이는 도 4의 squeese로 표시된 구간을 나타낸다. 그러다가, 일정 시간 동안 본전류보다 낮은 전류를 통전시킨다. 이는 도 4의 preheating으로 표시된 구간을 나타낸다. 그리고, 일정 시간이 지난 후에 상기 본전류를 통전시킨다. 이는 도 4의 weld으로 표시된 구간을 나타낸다. 그리고 용접이 완료되거나 다음 사이클 용접을 시작하기 전에 전극에 전원 공급을 차단하여 더이상 통전되는 전류가 없도록 한다. 이는 도 4의 hold로 표시된 구간을 나타낸다.

즉, 전극이 누르는 힘을 점차 증가시키다가, 이 힘의 세기가 기 설정된 임계치에 도달하면 이 힘을 유지시키면서 일단 강판에 피복된 수지계 물질만 녹일 수 있을 정도의 전류를 통전시켜 예열과정을 수행하고, 이후 강판 용접이 가능한 정도의 전류를 통전시켜 실제 용접 과정을 수행하도록 전원의 세기를 조절하여 공급하도록 동작한다.

그러면, 용접이 가능한 본전류를 통전시키기 전에 이 본 전류보다 낮은 전류를 통전시키면 상대적으로 융점이 낮은, 예를 들어 융점이 200℃ 이하인 수지층이 용융되면서, 가압되고 있는 전극에 의해 용융된 액상의 수지층이 전극의 선단면 외곽으로 밀려나게 된다.

그 후 상대적으로 높은 전류의 본전류를 통전시키게 되면 전극과 수지층에서의 발열은 감소하면서 강판들 사이의 용융이 유도된다. 즉, 다수의 예를 들어, 2매 이상의 겹쳐진 수지 피복 강판(10, 11)을 상부 및 하부 전극(12, 13)으로 가압한 상태에서 통전을 하면 주울 발열에 의해 강판 계면에서 용융되어 너겟(Nugget)이 형성되면서 접합하게 된다. 강판 2매 용접의 경우, 전극과 강판의 계면에서보다 강판과 강판의 계면에서의 저항이 높기 때문에 보다 높은 온도로 상승하여 용융되면서 용접이 이루어진다.

상술한 방식의 저항 용접 장치를 사용하면 수지계 물질이 피복된 강판을 용접하게 되는 경우에도 수지층의 스파크 발생을 방지할 수 있고 이로써 이 스파크로 잔존하게 되는 검은 탄흔을 발생시키지 않아 용접 표면이 깔끔하게 마무리 될 수 있을 것이다. 또한 이 스파크 발생으로 인해 전극의 오염이 가속화되는 것을 방지하여 전극의 수명을 연장시키고 연속 용접성을 높이게 되는 효과가 있다.

상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙 련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 저항 용접 장치를 이용하여 수지 피복 강판을 용접할 때 스파크 발생 현상을 나타내는 개략도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 용접 장치를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 용접 장치에 따른 동작을 나타내는 흐름도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 용접 장치의 시간에 따른 동작 특성을 나타내는 그래프.

<도면의 주요구성에 대한 부호의 설명>

10: 상부 수지 피복 강판 11: 하부 수지 피복 강판

12: 상부 전극 13: 하부 전극

14: 전원부

Claims (6)

1. 수지층이 피복된 수지 피복 강판에 접촉하여 가압하게 되는 전극부; 및

   상기 전극부로 전원을 공급하되, 일정 시간 동안 본전류보다 낮은 전류를 통전시키고 상기 일정 시간이 지난 후에 상기 본전류를 통전시키도록 전원을 공급하는 전원부;

   를 포함하며,

   상기 낮은 전류가 통전되는 동안 수지층이 용융되면서 가압하고 있는 상기 전극부에 의해 용융된 액상의 수지층이 상기 전극부의 선단면 외곽으로 밀려나도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 수지 피복 강판의 저항 용접 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전극부는, 상기 수지 피복 강판의 상부에 접촉하게 되는 상부 전극과 상기 수지 피복 강판의 하부에 접촉하게 되는 하부 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수지 피복 강판의 저항 용접 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 낮은 전류는 상기 본 전류의 50~70%인 것을 특징으로 하는, 수지 피복 강판의 저항 용접 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 수지 피복 강판의 수지층은 20~30㎛인 것을 특징으로 하는, 수지 피복 강판의 저항 용접 장치.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 본전류를 통전되면 상기 전극부와 상기 수지층 사이의 발열은 감소하고 강판 사이의 용융을 유도하여 강판 용접이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 수지 피복 강판의 저항 용접 장치.

Images